Электроэнергетическая отрасль включает в себя большое число объектов различного назначения. К объектам электроэнергетики относятся электрические станции различных типов, электрические подстанции различных классов напряжения, кабельные и воздушные линии электропередачи. Все объекты условно можно разделить на объекты генерации, объекты передачи и объекты распределения электрической энергии.
На пути передачи электрической энергии потребителям важную роль играют электрические подстанции. Перед потребителями устанавливаются понизительные подстанции, обеспечивающие электроснабжение.
К понизительным подстанциям относятся подстанции различных классов напряжения от сверхвысокгого - 1150 и 750 кВ, до низкого напряжения 10(6) кВ.
От надежности работы понизительных подстанций зависит надежность электроснабжения всех подключенных к ней потребителей. Понизительные подстанции представляют собой совокупность различного высоковольтного и низковольтного оборудования.
Все понизительные подстанции, как и другие объекты электроэнергетики должны проходить периодическую реконструкцию, так как изначально принятые проектные решения могут изменяться со временем, к подстанции могут подключаться новые потребители, оборудование также претерпевает моральный и физический износ и его отказ повлечет недоотпуск электрической энергии потребителям.
Все потребители разделяются на несколько категорий надежности электроснабжения. Самой ответственной категорией, т.е. категорией перерыв в электроснабжении которой недопустим, это потребители особой группы их электроснабжение осуществляется от нескольких независимых источников питания с применением дополнительного резервного источника, например дизельной или газопоршневой электростанции. Однако такой уровень надёжности не требуется большинству потребителей. Большинство потребителей относятся ко второй и третьей категориям надежности.
При проектировании и реконструкции подстанций, необходимо, во- первых, оценивать перспективный рост нагрузок питаемого района, а во- вторых оценивать состав потребителей по категориям надежности. Правильный учет этих факторов позволит разработать оптимальный проект реконструкции подстанции. Кроме того, необходимо использовать современное оборудование - как высоковольтное, так и низковольтное.
Современное оборудование подстанций (ПС) все больше склоняется в сторону применения цифровых, микропроцессорных технологий. Эта тенденция делает новые ПС более сложными и дорогостоящими объектами, поэтому необходимо внимательно выполнять необходимые расчеты при выборе оборудования и точно оценивать возможные режимные ситуации на подстанции.
Тема выпускной квалификационной работы, направленной на реконструкцию электрической части понизительной подстанции является актуальной, в связи с переходом к цифровым технологиям и износом оборудования большой части понизительных подстанций.
Для выполнения выпускной квалификационной работы поставлена цель: повышение установленной мощности подстанции за счет замены силовых трансформаторов (СТ).
Достижение поставленной в ВКР цели потребует решения следующих задач:
1. Анализ объекта реконструкции - подстанции 35/10 кВ «Большие Салы» с определением загрузки подстанции, ее компоновки, месторасположения и электрической схемы.
2. Выбор оборудования подстанции с учетом замены силовых трансформаторов с определением уровней токов короткого замыкания и расчетом уставок релейной защиты.
3. Расчет системы заземления подстанции и системы молниезащиты, так как установка нового оборудования может изменить габаритные размеры подстанции и точки заземления.
При выполнении выпускной квалификационной работы (ВКР) используются данные предоставленные в открытых источниках [6], [5], [7].
При выборе оборудования реконструируемой подстанции необходимо использовать действующие методики и правила проектирования подстанций, используемые в ПАО «Россети». При выборе оборудование преимущество должно быть отдано отечественным производителям.
Оптимально, при проектировании и реконструкции подстанций использовать зарубежный опыт, что позволит применить в проекте новаторские методики и повысить качество проекта реконструкции подстанции.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы выполнен расчет основных параметров проекта реконструкции электрической части понизительной подстанции 35/10 кВ «Большие Салы».
При выполнении ВКР были использованы данные представленные в открытых источниках поэтому для выполнения ВКР на первом этапе был выполнен сбор исходных данных и их анализ. Определено месторасположение подстанции «Большие Салы» 35/10 кВ и определена компоновка подстанции. Площадь подстанции составляет 6084 м2, а размеры подстанции 78×78 м. Схема ОРУ 35 кВ – 35-5АН «Мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформатора», а схема РУ 10 кВ - «Одна секционированная система шин»
Текущая максимальная загрузка подстанции равна Sпсmax = 13,6 МВА. Для оптимального выбора силовых трансформаторов было определено расчетное значение мощности трансформатора для подстанции «Большие Салы» равное 8,257 МВА. Полученное значение учитывает текущую загрузку подстанции. По полученному расчетному значению мощности силового трансформатора и используя стандартную шкалу мощностей трансформаторов по каталогам производителей определены два варианта силовых трансформаторов мощностью 10 МВА и 16 МВА исходя из требований.
В результате проведенного анализа каталогов производителей трансформаторного оборудования, а именно ООО «Тольяттинский Трансформатор» и Группа компаний «СВЭЛ» определено, что трансформаторов классом напряжения 35 кВ с требуемыми мощностями 10 и 16 МВА и устройствами РПН нет. Принято решение использовать в проекте силовые трансформаторы с ПБВ марки ТД. Согласно каталогам ООО «Тольяттинский Трансформатор» определены марки и паспортные данные для требуемых трансформаторов: ТД 10000/35/10 и ТД 16000/35/10.
Выполнен расчет технико-экономических показателей проекта с двумя трансформаторами марки ТД 10000/35/10 и двумя трансформаторами ТД 16000/35/10. Определены значения приведенных затрат учитывающие стоимость потерь электрической энергии и стоимость ежегодных отчислений с учетом стоимости каждого типа трансформаторов. Итогом сравнения двух вариантов в проекте принято использовать вариант с двумя силовыми трансформаторами марки ТД 10000/35/10 так как величина приведенных затрат для этого варианта оказалась гораздо ниже чем для варианта с двумя трансформаторами ТД 16000/35/10.
Далее для схемы подстанции «Большие Салы» 35/10 кВ определены расчетные точки для определения уровней токов короткого замыкания. Определено, что расчет токов короткого замыкания необходимо проводить в двух точках: первая точка К1 на стороне 35 кВ, вторая точка К2 на стороне 10 кВ. Составлена схема замещения для расчета симметричных токов короткого замыкания в точках К1 и К2. Выполнен расчет параметров схемы замещения.
Определены значения трехфазных токов короткого замыкания для точек К1 и К2. Для точки К1 определено, что начальное значение периодической составляющей равно 1,008 кА, а ударный ток равен 2,565 кА. Для точки К2 получено, что что начальное значение периодической составляющей равно 2,341 кА, а ударный ток равен 6,423 кА. Выполнен расчет несимметричных токов короткого замыкания на подстанции «Большие Салы». Так как подстанция имеет класс напряжения 35/10 кВ и соответственно обмотка ВН трансформатора соединена по схеме «звезда», а обмотка 10 кВ соединена по схеме «треугольник», то из несимметричных токов короткого замыкания были определены значения только двухфазного ТКЗ. Для точки К1 начальное значение периодической составляющей двухфазного ТКЗ равно 0,873 кА, а ударный ток равен 2,221 кА. Для точки К2 начальное значение периодической составляющей двухфазного ТКЗ равно 2,027 кА, а ударный ток равен 5,562 кА.
По результатам расчета токов короткого замыкания принято использовать значения трехфазного тока короткого замыкания при выборе и проверке оборудования подстанции «Большие Салы» 35/10 кВ.
Далее был выполнен расчет параметров необходимых для оптимального выбора высоковольтного оборудования подстанции после реконструкции. Определены значения номинальных токов для стороны ВН 230,94 А, а для стороны НН 808,3А. Определены значения апериодической составляющей тока КЗ с учетом ее затухания для стороны ВН 0,763 кА, а для стороны НН 1,218 кА. Определены значения интеграла Джоуля (теплового импульса) для стороны ВН 0,132 кА2∙с, а для стороны НН 0,548 кА2∙с.
Согласно полученным расчетным значениям выбрано оборудование для стороны 35 кВ и для стороны 10 кВ подстанции «Большие Салы» 35/10 кВ. Для стороны 35 кВ выбраны разъединители горизонтально-поворотные с одним заземляющим ножом марки РГ-35-1000, с двумя заземляющими ножами марки РГ-2-35-1000, высоковольтные элегазовые выключатели марки ВГТ-35-1000, комбинированные цифровые трансформаторы тока и напряжения марки ЦТТН-35, цифровые трансформаторы тока марки ЦТТ-35. На стороне 10 кВ подстанции предлагается использовать шкафы комплектных распределительных устройств для внутренней установки, так как РУ-10 кВ расположено в здании. Предлагаются шкафы КРУ производства ОАО «Электрощит» г. Самара марки СЭЩ-80-10Н. Данные шкафы предлагается укомплектовать выключателями марки ВВЕ-СЭЩ-10, трансформаторами тока марки ЦТТ-10 и трансформаторами напряжения марки ЦТН-10(6). Все выбранное оборудование удовлетворяет условиям и может быть установлено на объекте.
Для установки на подстанции, для защиты силовых трансформаторов принято установить цифровые терминалы релейной защиты марки БМРЗ-153-УЗТ производство ООО «НТЦ «Механотроника» г. Санкт-Петербург. Данный терминал является самым современным из линейки продукции ООО «НТЦ «Механотроника» и имеет возможность подключения измерительных трансформаторов тока и напряжения по цифровым протоколам. Используя методику представленную производителем терминалов защиты был выполнен расчет уставок дифференциальной защиты силового трансформатора марки ТД 10000/35/10. Выполнен расчет коэффициента чувствительности релейной защиты при двухфазном коротком замыкании в зоне защиты на стороне 10 кВ. Полученное значение коэффициента чувствительности выше 2 и равно 12,288, поэтому защита чувствительна и может использоваться на подстанции.
Далее в ВКР был выполнен расчет системы заземления подстанции. К установке принято три вертикальных заземлителя выполненных стальным уголком 50×50×4 мм, которые соединены стальной полосой с площадью сечения 40×4 мм2. Для защиты подстанции от прямых ударов молнии выполнен расчет системы молниезащиты. На первом этапе расчета определен наиболее высокий объект на подстанции после реконструкции – ячейковый портал типа ПС-35-Я1 с высотой 7,85 м. Высота этого объекта принята за высоту защищаемого объекта при проведении расчета зон молниезащиты.
Систему молниезащиты подстанции предлагается выполнить четырьмя молниеотводами марки СМ-25 с высотой 25 м.
По результатам выполнения ВКР цель достигнута, все задачи поставленные во введении выполнены.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
